DE102019122429B3

DE102019122429B3 - Apparatus and method for processing optical signals

Info

Publication number: DE102019122429B3
Application number: DE102019122429.2A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-08-21
Filing date: 2019-08-21
Publication date: 2020-09-24
Anticipated expiration: 2039-08-22
Also published as: WO2021032446A1

Abstract

Vorrichtung (100) und Verfahren zur Verarbeitung optischer Signale, wobei die Vorrichtung (100) einen ersten optischen Eingang (102) für ein erstes optisches Signal und einen zweiten optischen Eingang (104) für ein zweites optisches Signal umfasst, wobei die Vorrichtung (100) einen optischen Splitter (108) umfasst, der ausgebildet ist, das erste optische Signal in mehrere Teile aufzuteilen, wobei die Vorrichtung (100) einen Verstärker (120) umfasst, der ausgebildet ist abhängig von einem der Teile ein verstärktes optisches Signal auszugeben, wobei die Vorrichtung (100) einen ersten optischen Signalmischer (114) umfasst, der ausgebildet ist, abhängig vom verstärkten optischen Signal und abhängig von einem anderen der Teile ein optisch interferiertes Signal auszugeben, wobei die Vorrichtung einen zweiten optischen Signalmischer (134) umfasst, der ausgebildet ist, abhängig vom optisch interferierten Signal und abhängig vom zweiten optischen Signal ein resultierendes optisches Ausgangssignal für einen optischen Signalausgang (142) der Vorrichtung (100) auszugeben.Device (100) and method for processing optical signals, wherein the device (100) comprises a first optical input (102) for a first optical signal and a second optical input (104) for a second optical signal, wherein the device (100) comprises an optical splitter (108) which is designed to split the first optical signal into several parts, the device (100) comprising an amplifier (120) which is designed to output an amplified optical signal depending on one of the parts, the The device (100) comprises a first optical signal mixer (114) which is designed to output an optically interfered signal as a function of the amplified optical signal and as a function of another of the parts, the device comprising a second optical signal mixer (134) which is designed , depending on the optically interfered signal and depending on the second optical signal, a resulting optical output signal al for an optical signal output (142) of the device (100).

Description

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung und einem Verfahren zur Verarbeitung optischer Signale.The invention is based on a device and a method for processing optical signals.

Die Nachfrage nach immer schnellerer Rechenleistung ist im Hinblick auf Künstliche Intelligenz, Raytracing, Kryptowährungen oder nationale Sicherheit groß. Gleichzeitig ist die Phase des extremen Aufschwungs der Rechenleistung zumindest was sequenzielle Rechenleistung nach dem „Moorschen Gesetz“ betrifft für Halbleiterrechner am Abflauen, da Quantentunneleffekte verhindern, dass Transistoren noch deutlich kleiner und damit schneller werden können als sie bereits sind.The demand for ever faster computing power is great with regard to artificial intelligence, ray tracing, crypto currencies or national security. At the same time, the phase of the extreme upturn in computing power, at least in terms of sequential computing power according to “Moore's Law”, is slowing for semiconductor computers, as quantum tunnel effects prevent transistors from becoming significantly smaller and thus faster than they already are.

Optische Signale werden zum Transport großer Datenvolumen eingesetzt. Dies führt zu einer zunehmenden Verbreitung von Glasfaserinternet. Nichtlineare Effekte und Interferenz können in diesem Zusammenhang auch für Rechenvorrichtungen genutzt werden.Optical signals are used to transport large volumes of data. This leads to an increasing spread of fiber optic internet. In this context, non-linear effects and interference can also be used for computing devices.

Vorteilhaft ist die Verwendung optischer Signale dafür insbesondere, weil nichtlineare Effekte quasi und Interferenz komplett ohne Zeitverzögerung auftreten.The use of optical signals is particularly advantageous because non-linear effects occur virtually and interference occurs completely without a time delay.

Aus US 2014 / 0 362 433 A1 ist ein optischer Halbleiterverstärker bekannt, wobei ein optischer Splitter vom Y-Verzweigungstyp vorgesehen ist.Out US 2014/0 362 433 A1 a semiconductor optical amplifier is known in which a Y-branch type optical splitter is provided.

Weitere Vorrichtungen und Verfahren sind aus der US 4 262 992 A , der US 6 424 438 B1 und der US 8 180 186 B2 bekannt.Further devices and methods are from U.S. 4,262,992 A , of the U.S. 6,424,438 B1 and the US 8 180 186 B2 known.

In diesen und in zahlreichen anderen Patentanmeldungen wurde versucht, eine Lösung zu finden, mit Licht zu rechnen.In these and numerous other patent applications, attempts have been made to find a solution for calculating with light.

Es fehlt jedoch an einer energieeffizienten, leistungsstarken und kompakten Lösung, die in Konkurrenz zu halbleiterbasierten Rechnern treten könnte.However, there is no energy-efficient, powerful and compact solution that could compete with semiconductor-based computers.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Dies wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst.This is solved by the subject matter of the independent claims.

In US 4 262 992 A wurde 1979 ein Lösungsvorschlag beschrieben, der auf Interferenz basiert. Jedoch bringt rein auf Interferenz zwischen mehreren Signalen basiertes Rechnen zahlreiche Probleme mit sich: So müssen die eingehenden Signale exakt eine bestimmte Intensität haben, weil sie sich sonst bei destruktiver Interferenz nicht vollständig auslöschen und so Fehler produzieren. Genau das ist aber sehr schwierig sicherzustellen, einerseits, weil Verstärker rauschen und andererseits, weil ein Output einer Einheit als Input vieler Einheiten dienen können muss und ein Input einer Einheit die Outputs mehrerer anderer Einheiten empfangen können muss, um logische Schaltkreise zu formen.In U.S. 4,262,992 A a proposed solution was described in 1979, which is based on interference. However, computing based purely on interference between several signals brings with it numerous problems: For example, the incoming signals must have exactly a certain intensity, because otherwise they will not be completely canceled out in the event of destructive interference and thus produce errors. But this is exactly what is very difficult to ensure, on the one hand because amplifiers are noisy and on the other hand because an output of one unit must be able to serve as an input for many units and an input of one unit must be able to receive the outputs of several other units in order to form logic circuits.

Die hier vorgestellte Erfindung löst diese Probleme.The invention presented here solves these problems.

Eingehende Signale werden mit sich selbst zu destruktiver Interferenz gebracht, nachdem eine Hälfte des Signals eine feste Menge an Verstärkerleistung aufgenommen hat. Die dafür benötigten 50:50 Signalsplitter sind heutzutage weitverbreitet und werden beispielsweise auch in der in US 6 424 438 B1 von 2000 vorgestellten Vorrichtung verwendet. Der in der US 6 424 438 B1 beschriebene Aufbau ist jedoch im Vergleich zu wenige Nanometer großen elektronischen Chips kompliziert und ausladend.Incoming signals are brought into destructive interference with themselves after one half of the signal has absorbed a fixed amount of amplifier power. The 50:50 signal splitters required for this are widespread today and are also used, for example, in the in U.S. 6,424,438 B1 used by 2000 presented device. The Indian U.S. 6,424,438 B1 However, the structure described is complicated and bulky compared to electronic chips a few nanometers in size.

Andere Herangehensweisen wie die in US 8 180 186 B2 von 2008 vorgestellte Methode, die den Piezoelektrischen Effekt ausnutzten, sind zwar kompakt und nach einer gewissen Schwelle unabhängig von der Intensität des Inputs, jedoch nicht für optische Schaltkreise geeignet, da die Reaktionszeiten viel zu lang sind. Optische logische Einheiten müssen einige Milliarden Schaltungen pro Sekunde durchzuführen in der Lage sein, wenn sie gegen elektrische Herangehensweisen antreten wollen.Other approaches like the one in US 8 180 186 B2 The methods presented in 2008 that use the piezoelectric effect are compact and, after a certain threshold, independent of the intensity of the input, but are not suitable for optical circuits because the reaction times are far too long. Optical logic units must be able to perform several billion switches per second if they are to compete against electrical approaches.

Die im Folgenden beschriebene Vorrichtung ist in der Lage, bei Taktfrequenzen von Gigahertz ihre Schaltungen zuverlässig durchzuführen.The device described below is able to reliably perform its circuits at clock frequencies of gigahertz.

Die Intensität wird im Unterschied zu den eingangs erwähnten anderen Lösungen festgelegt, indem das Signal geteilt zu destruktiver Interferenz mit sich selbst gebracht wird, nachdem eine Hälfte eine festgesetzte Verstärkungsleistung abgeerntet hat.In contrast to the other solutions mentioned at the beginning, the intensity is determined in that the signal is divided and brought to destructive interference with itself after one half has harvested a fixed amplification power.

Da alle Prozesse parametrisch sind und auch die Interferenz die Energie lediglich räumlich umverteilt, wird in dem gesamten beschriebenen Prozess nicht notwendigerweise Entropie erzeugt. Daher kann diese Vorrichtung passiv betrieben werden, d.h. ohne effektiv Energie zuzuführen. Limitiert wird diese Möglichkeit nur durch Absorption in den optischen Leitern und potentielle Verluste durch Auskupplung der Strahlung aus den Lichtwellenleitern.Since all processes are parametric and the interference only redistributes the energy spatially, entropy is not necessarily generated in the entire process described. Therefore this device can be operated passively, i. without effectively adding energy. This possibility is limited only by absorption in the optical conductors and potential losses due to the coupling out of the radiation from the optical waveguides.

Eine Vorrichtung zur Verarbeitung optischer Signale, sieht vor, dass die Vorrichtung einen ersten optischen Eingang für ein erstes optisches Signal und einen zweiten optischen Eingang für ein zweites optisches Signal umfasst, wobei die Vorrichtung einen optischen Splitter umfasst, der ausgebildet ist, das erste optische Signal in mehrere Teile aufzuteilen, wobei die Vorrichtung einen Verstärker umfasst, der ausgebildet ist abhängig von einem der Teile ein verstärktes optisches Signal auszugeben, wobei die Vorrichtung einen optischen Signalmischer umfasst, der ausgebildet ist, abhängig vom verstärkten optischen Signal und abhängig von einem anderen der Teile ein optisch interferiertes Signal auszugeben, wobei die Vorrichtung einen optischen Signalmischer umfasst, der ausgebildet ist, abhängig vom optisch interferierten Signal und abhängig vom zweiten optischen Signal ein resultierendes optisches Ausgangssignal für einen optischen Signalausgang der Vorrichtung auszugeben.A device for processing optical signals provides that the device comprises a first optical input for a first optical signal and a second optical input for a second optical signal, the device comprising an optical splitter which is designed to carry the first optical signal split into several parts, wherein the device comprises an amplifier which is designed to output an amplified optical signal depending on one of the parts, the device comprising an optical signal mixer which is designed to output an optically interfered signal depending on the amplified optical signal and depending on another of the parts , the device comprising an optical signal mixer which is designed to output a resulting optical output signal for an optical signal output of the device as a function of the optically interfered signal and as a function of the second optical signal.

Vorzugsweise ist ein erster optischer Ausgang des optischen Splitters mit einem ersten Eingang des ersten optischen Signalmischers verbunden, wobei ein zweiter optischer Ausgang des optischen Splitters mit einem ersten Eingang des optischen Verstärkers verbunden ist, wobei der optische Verstärker ausgebildet ist, am ersten Eingang des optische Verstärkers eintreffendes Licht bezüglich einer Intensität des Lichts insbesondere parametrisch zu verstärken und ein daraus resultierendes verstärktes optisches Signal an einem optischen Ausgang des optische Verstärkers auszugeben, wobei der optische Ausgang des optische Verstärkers mit einem zweiten Eingang des ersten optischen Signalmischers verbunden ist, wobei der erste optische Signalmischer für eine destruktive Interferenz von Licht am ersten Eingang und Licht am zweiten Eingang des ersten optischen Signalmischers ausgebildet ist, wobei ein Ausgang des ersten optischen Signalmischers mit einem ersten Eingang des zweiten optischen Signalmischers verbunden ist, wobei der zweite optische Eingang mit einem zweiten Eingang des zweiten optischen Signalmischers verbunden ist, wobei der zweite optische Signalmischer ausgebildet ist, durch destruktive Interferenz ein resultierendes optisches Ausgangssignal für einen optischen Signalausgang auszugeben. Dies stellt eine besonders effiziente und platzsparende Lösung dar.A first optical output of the optical splitter is preferably connected to a first input of the first optical signal mixer, a second optical output of the optical splitter being connected to a first input of the optical amplifier, the optical amplifier being formed at the first input of the optical amplifier to amplify incoming light with respect to an intensity of the light in particular parametrically and to output a resulting amplified optical signal at an optical output of the optical amplifier, the optical output of the optical amplifier being connected to a second input of the first optical signal mixer, the first optical signal mixer is designed for a destructive interference of light at the first input and light at the second input of the first optical signal mixer, an output of the first optical signal mixer with a first input of the second optical signal mixer is connected, the second optical input being connected to a second input of the second optical signal mixer, the second optical signal mixer being designed to output a resulting optical output signal for an optical signal output by destructive interference. This is a particularly efficient and space-saving solution.

Die Phasenverschiebung von 180° zwischen dem verstärkten optischen Signal und dem anderen Teil des ersten optischen Signals für die destruktive Interferenz wird beispielsweise im Verstärker dadurch herbeigeführt, dass die Wege der Signale um eine halbe Wellenlänge unterschiedlich lang sind.The phase shift of 180 ° between the amplified optical signal and the other part of the first optical signal for the destructive interference is brought about in the amplifier, for example, in that the paths of the signals are different in length by half a wavelength.

Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung eine Energierückgewinnungseinrichtung, die ausgebildet ist, aus dem verstärkten optischen Signal oder dem resultierenden optischen Ausgangssignal Energie zu gewinnen und für die Erzeugung einer Pumpstrahlung für den Verstärker einzusetzen. Damit kann ein Teil der nicht verbrauchten Pumpstrahlung oder des bei der Verstärkung anfallenden Signals mit Idler-Frequenz rückgewonnen werden.The device preferably comprises an energy recovery device which is designed to extract energy from the amplified optical signal or the resulting optical output signal and to use it to generate pump radiation for the amplifier. This means that part of the unused pump radiation or of the signal with idler frequency that occurs during amplification can be recovered.

Es kann vorgesehen sein dass die Vorrichtung den ersten optischen Eingang für ein erstes optisches Signal mit Licht einer ersten Polarisierung, den zweiten optischen Eingang für ein zweites optisches Signal mit Licht einer zweiten von der ersten Polarisierung verschiedenen Polarisierung und einen dritten optischen Eingang für ein drittes optisches Signal mit Licht der zweiten Polarisierung umfasst, wobei ein erster optischer Ausgang des optischen Splitters mit einem ersten Eingang eines ersten optischen Signalmischers verbunden ist, wobei ein zweiter optischer Ausgang des optischen Splitters mit einem ersten Eingang des optischen Verstärkers verbunden ist, wobei der zweite optische Eingang mit einem zweiten Eingang des optischen Verstärkers verbunden ist, wobei der optische Verstärker ausgebildet ist, am ersten Eingang des ersten optischen Verstärkers eintreffendes Licht und am zweiten Eingang des optischen Verstärkers eintreffendes Licht bezüglich einer Intensität des Lichts insbesondere mittels eines optisch anregbaren Mediums zu verstärken und ein daraus resultierendes verstärktes optisches Signal an einem optischen Ausgang des optischen Verstärkers auszugeben, wobei der optische Ausgang des optischen Verstärkers mit einem zweiten Eingang des ersten optischen Signalmischers verbunden ist, wobei ein Ausgang des ersten optischen Signalmischers mit einem ersten Polarisationsfilter verbunden ist, der für Licht der Polarisation des zweiten optischen Signals undurchlässig ausgebildet ist, wobei der erste Polarisationsfilter mit einem ersten Eingang des zweiten optischen Signalmischers verbunden ist, wobei der zweite optische Eingang mit einem zweiten Eingang des zweiten optischen Signalmischers verbunden ist, wobei der zweite optische Signalmischer ausgebildet ist, am ersten Eingang des zweiten optischen Signalmischers eintreffendes Licht und am zweiten Eingang des zweiten optischen Signalmischers eintreffendes Licht bezüglich einer Intensität des Lichts zu verstärken insbesondere mittels eines optisch anregbaren Mediums und an einem optischen Ausgang des zweiten optischen Signalmischers ein daraus resultierendes optisches Ausgangssignal an einen zweiten Polarisationsfilter für einen optischen Signalausgang auszugeben, wobei der zweite Polarisationsfilter für Licht der Polarisation des dritten optischen Signals undurchlässig ausgebildet ist. Dies stellt eine rein optische NOT Einheit dar. Dadurch ist eine rein optische Signalverarbeitung mit bereits entsprechend polarisiertem Licht möglich.It can be provided that the device has the first optical input for a first optical signal with light of a first polarization, the second optical input for a second optical signal with light of a second polarization different from the first polarization and a third optical input for a third optical Signal with light of the second polarization, wherein a first optical output of the optical splitter is connected to a first input of a first optical signal mixer, wherein a second optical output of the optical splitter is connected to a first input of the optical amplifier, the second optical input is connected to a second input of the optical amplifier, wherein the optical amplifier is designed, in particular light arriving at the first input of the first optical amplifier and light arriving at the second input of the optical amplifier with respect to an intensity of the light ere to amplify by means of an optically excitable medium and to output an amplified optical signal resulting therefrom at an optical output of the optical amplifier, the optical output of the optical amplifier being connected to a second input of the first optical signal mixer, an output of the first optical signal mixer having a first polarization filter is connected which is designed to be impermeable to light of the polarization of the second optical signal, the first polarization filter being connected to a first input of the second optical signal mixer, the second optical input being connected to a second input of the second optical signal mixer, wherein the second optical signal mixer is configured to amplify light arriving at the first input of the second optical signal mixer and light arriving at the second input of the second optical signal mixer with respect to an intensity of the light in particular by means of an optically excitable medium and at an optical output of the second optical signal mixer to output an optical output signal resulting therefrom to a second polarization filter for an optical signal output, the second polarization filter being impermeable to light of the polarization of the third optical signal. This represents a purely optical NOT unit. This enables purely optical signal processing with light that is already appropriately polarized.

Es ist vorteilhaft, wenn am ersten optischen Eingang ein dritter Polarisationsfilter angeordnet ist, wobei der dritte Polarisationsfilter nur für Licht der ersten Polarisation durchlässig ausgebildet ist. Dies ermöglicht die Signalverarbeitung auch für nicht bereits entsprechend polarisiertes Licht am ersten optischen Eingang, sofern ein Eingangssignal für den ersten optischen Eingang Licht der ersten Polarisation umfasst.It is advantageous if a third polarization filter is arranged at the first optical input, the third polarization filter being designed to be transparent only to light of the first polarization. This also enables signal processing for light that is not already appropriately polarized at the first optical input, provided that an input signal for the first optical input comprises light of the first polarization.

Es ist auch vorteilhaft, wenn ein vierter Polarisationsfilter am zweiten optischen Eingang angeordnet ist, wobei der vierte Polarisationsfilter nur für Licht der zweiten Polarisation durchlässig ausgebildet ist. Dies ermöglicht die Signalverarbeitung auch für nicht bereits entsprechend polarisiertes Licht am zweiten optischen Eingang, sofern ein Eingangssignal für den zweiten optischen Eingang Licht der zweiten Polarisation umfasst.It is also advantageous if a fourth polarization filter is arranged at the second optical input, the fourth polarization filter being designed to be transparent only to light of the second polarization. This also enables signal processing for light that is not already correspondingly polarized at the second optical input, provided that an input signal for the second optical input comprises light of the second polarization.

Vorteilhaft ist auch, wenn ein fünfter Polarisationsfilter am dritten optischen Eingang angeordnet ist, wobei der fünfte Polarisationsfilter nur für Licht der zweiten Polarisation oder nur für Licht der dritten Polarisation durchlässig ausgebildet ist. Dies ermöglicht die Signalverarbeitung auch für nicht bereits entsprechend polarisiertes Licht am dritten optischen Eingang, sofern ein Eingangssignal für den dritten optischen Eingang Licht der entsprechenden Polarisation umfasst.It is also advantageous if a fifth polarization filter is arranged at the third optical input, the fifth polarization filter being designed to be transparent only for light of the second polarization or only for light of the third polarization. This also enables signal processing for light that is not already appropriately polarized at the third optical input, provided that an input signal for the third optical input comprises light of the corresponding polarization.

Vorzugsweise schneiden sich in einem Aspekt die Polarisationsebenen der ersten Polarisation und der zweiten Polarisation in einem Winkel von 90°. Die Polarisationsfilter sind in diesem Aspekt entsprechend ausgebildet. Damit ist eine optischen NOT Einheit mit Polarisationsfilter für Licht verschiedener Polarisation darstellbar.In one aspect, the planes of polarization of the first polarization and the second polarization preferably intersect at an angle of 90 °. The polarization filters are designed accordingly in this aspect. This enables an optical NOT unit with a polarization filter for light of different polarization to be displayed.

Vorzugsweise ist in einem anderen Aspekt vorgesehen, dass sich die Polarisationsebenen der ersten Polarisation und der dritten Polarisation in einem Winkel von 90° schneiden. Die Polarisationsfilter sind in diesem Aspekt entsprechend ausgebildet. Damit ist eine optischen NOT Einheit mit Polarisationsfilter darstellbar.In another aspect it is preferably provided that the planes of polarization of the first polarization and the third polarization intersect at an angle of 90 °. The polarization filters are designed accordingly in this aspect. An optical NOT unit with a polarization filter can thus be displayed.

Die Vorrichtung kann wenigstens einen zweiten optischen Signalmischer umfassen, der ausgebildet ist, Licht aus mehreren optischen Leitern zur Erzeugung des ersten optischen Signals zu kombinieren. Dies erweitert den Einsatzbereich derart, dass die Vorrichtung Licht unterschiedlicher Signalquellen verarbeiten kann. Dadurch ist ein NOR Element realisierbar.The device can comprise at least one second optical signal mixer which is designed to combine light from a plurality of optical conductors to generate the first optical signal. This expands the area of application in such a way that the device can process light from different signal sources. This enables a NOR element to be implemented.

Die Vorrichtung kann einen dritten optischen Signalmischer umfassen, der ausgebildet ist, Licht aus mehreren Vorrichtungen zur Erzeugung eines auszugebenden optischen Signals zu kombinieren. Dies ermöglicht es, den Einsatzbereich für mehrere optische Signaleingänge zusätzlich zu erweitern. Dadurch ist ein NAND Element realisierbar.The device can comprise a third optical signal mixer which is designed to combine light from a plurality of devices in order to generate an optical signal to be output. This makes it possible to additionally expand the area of application for several optical signal inputs. This enables a NAND element to be implemented.

Vorzugsweise ist die Vorrichtung mit einem Eingang eines zweiten optischen Splitters mit einer Mehrzahl Ausgängen verbunden. Die ermöglicht es, das Ergebnis der Berechnung mehrfach bereitzustellen.The device is preferably connected to an input of a second optical splitter having a plurality of outputs. This makes it possible to provide the result of the calculation multiple times.

Eine Recheneinrichtung weist eine Vielzahl derartiger Vorrichtungen und eine Steuereinrichtung auf, wobei die Steuereinrichtung zum getakteten oder synchronisierten Ansteuern optischer Eingänge der Vorrichtungen zur Ausführung wenigstens einer Rechenoperation ausgebildet ist, insbesondere zur Berechnung eines Rechenergebnisses abhängig von wenigstens einem Eingangssignal.A computing device has a plurality of such devices and a control device, the control device being designed for clocked or synchronized control of optical inputs of the devices to carry out at least one arithmetic operation, in particular to calculate a computation result depending on at least one input signal.

In einem Verfahren zum Ansteuern einer Vielzahl derartiger Vorrichtungen wird wenigstens einer der optischen Eingänge zur Ausführung wenigstens einer Rechenoperation zur Berechnung eines Rechenergebnisses abhängig von wenigstens einem der Eingangssignale getaktet oder synchronisiert angesteuert.In a method for controlling a multiplicity of such devices, at least one of the optical inputs is controlled in a clocked or synchronized manner in order to carry out at least one arithmetic operation for calculating a calculation result as a function of at least one of the input signals.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt

1 schematisch eine Vorrichtung zur Verarbeitung optischer Signale gemäß einer ersten Ausführung,
2 schematisch die Vorrichtung zur Verarbeitung optischer Signale gemäß einer zweiten Ausführung,
3 schematisch weitere Aspekte der Vorrichtungen,
4 schematisch eine erste Schaltung mit einer Vielzahl der Vorrichtungen, zur Verarbeitung optischer Signale gemäß einer dritten Ausführung,
5 schematisch eine zweite Schaltung mit einer Vielzahl der Vorrichtungen,
6 eine Recheneinrichtung umfassend eine Vielzahl der Vorrichtungen,
7 schematisch eine Vorrichtung zur Verarbeitung optischer Signale gemäß einer vierten Ausführung,
8 ein Verfahren zur Ansteuerung.

Further advantageous refinements emerge from the following description and the drawing. In the drawing shows

1 schematically a device for processing optical signals according to a first embodiment,
2 schematically the device for processing optical signals according to a second embodiment,
3 schematically further aspects of the devices,
4th schematically a first circuit with a plurality of devices for processing optical signals according to a third embodiment,
5 schematically a second circuit with a plurality of the devices,
6th a computing device comprising a plurality of the devices,
7th schematically a device for processing optical signals according to a fourth embodiment,
8th a method of control.

Im Folgenden werden Vorrichtungen zur Verarbeitung optischer Signale beschrieben, die je einen ersten optischen Eingang für ein erstes optisches Signal und einen zweiten optischen Eingang für ein zweites optisches Signal umfassen. Die Vorrichtung umfasst einen ersten optischen Eingang für ein erstes optisches Signal und einen zweiten optischen Eingang für ein zweites optisches Signal.Devices for processing optical signals are described below, each having a first optical input for a first optical signal and a second optical input for a second optical signal. The device comprises a first optical input for a first optical signal and a second optical input for a second optical signal.

Die Vorrichtung umfasst einen optischen Splitter, der ausgebildet ist, das erste optische Signal in mehrere Teile aufzuteilen. Vorzugsweise ist eine Aufteilung der Intensität für zwei gleich große Teile im Verhältnis 50:50 vorgesehen. Die Vorrichtung umfasst einen Verstärker, der ausgebildet ist abhängig von einem der Teile ein verstärktes optisches Signal auszugeben. Der Verstärker wird im Folgenden genauer beschrieben. Die Vorrichtung umfasst einen optischen Signalmischer, der ausgebildet ist, abhängig vom verstärkten optischen Signal und abhängig von einem anderen der Teile ein optisch interferiertes Signal auszugeben. Die optische Interferenz ermöglicht eine vollständige Destruktion der interferierenden Signale. Die Vorrichtung umfasst einen optischen Signalmischer, der ausgebildet ist, abhängig vom optisch interferierten Signal und abhängig vom zweiten optischen Signal ein resultierendes optisches Ausgangssignal für einen optischen Signalausgang der Vorrichtung auszugeben.The device comprises an optical splitter which is designed to split the first optical signal into several parts. A division of the intensity for two equally large parts in a ratio of 50:50 is preferably provided. The device comprises an amplifier which is formed output an amplified optical signal depending on one of the parts. The amplifier is described in more detail below. The device comprises an optical signal mixer which is designed to output an optically interfered signal as a function of the amplified optical signal and as a function of another of the parts. The optical interference enables complete destruction of the interfering signals. The device comprises an optical signal mixer which is designed to output a resulting optical output signal for an optical signal output of the device as a function of the optically interfered signal and as a function of the second optical signal.

In einem ersten Beispiel, das anhand der 1 beschrieben wird, umfasst eine Vorrichtung 100 zur Verarbeitung optischer Signale gemäß einer ersten Ausführung einen ersten optischen Eingang 102 für ein erstes optisches Signal und einen zweiten optischen Eingang 104 für ein zweites optisches Signal.In a first example based on the 1 is described includes an apparatus 100 a first optical input for processing optical signals according to a first embodiment 102 for a first optical signal and a second optical input 104 for a second optical signal.

Der erste optische Eingang 102 ist mit einem optischen Splitter 108 verbunden.The first optical entrance 102 is with an optical splitter 108 connected.

Ein erster optischer Ausgang 110 des optischen Splitters 108 ist mit einem ersten Eingang 112 eines ersten optischen Signalmischers 114 verbunden.A first optical exit 110 of the optical splitter 108 is with a first entrance 112 a first optical signal mixer 114 connected.

Ein zweiter optischer Ausgang 116 des optischen Splitters 108 ist mit einem ersten Eingang 118 eines insbesondere parametrischen optischen Verstärkers 120 verbunden.A second optical exit 116 of the optical splitter 108 is with a first entrance 118 an especially parametric optical amplifier 120 connected.

Der optische Verstärker 120 ist ausgebildet, am ersten Eingang 118 des optische Verstärkers 120 eintreffendes Licht bezüglich einer Intensität des Lichts zu verstärken und ein daraus resultierendes verstärktes optisches Signal an einem optischen Ausgang 124 des optische Verstärkers 120 auszugeben. Für eine vollständige destruktive Interferenz wird eine Verstärkung des optischen Verstärkers 120 so vorgegeben oder so eingestellt, dass eine Intensität des dort verstärkten Teils des ersten optischen Signals vervierfacht wird.The optical amplifier 120 is trained at the first entrance 118 of the optical amplifier 120 to amplify incoming light with respect to an intensity of the light and a resulting amplified optical signal at an optical output 124 of the optical amplifier 120 to spend. For a complete destructive interference there is a gain of the optical amplifier 120 predetermined or set such that an intensity of the part of the first optical signal amplified there is quadrupled.

Der optische Ausgang 124 des optische Verstärkers 120 ist mit einem zweiten Eingang 126 des ersten optischen Signalmischers 114 verbunden. Der optische Signalmischer 114 ist für eine destruktive Interferenz von Licht am ersten Eingang 112 und Licht am zweiten Eingang 126 des ersten optischen Signalmischers 114 ausgebildet.The optical exit 124 of the optical amplifier 120 is with a second entrance 126 of the first optical signal mixer 114 connected. The optical signal mixer 114 is for destructive interference of light at the first entrance 112 and light at the second entrance 126 of the first optical signal mixer 114 educated.

Zum Einstellen einer für die destruktive Interferenz notwendige Phasenverschiebung von 180° ist im Beispiel im Verstärker dadurch realisiert, dass die Wege der Signale, d.h. beispielswiese die jeweiligen optischen Leiter, um eine halbe Wellenlänge unterschiedlich sind, so dass die Phasenverschiebung von 180° für die Interferenz herbeigeführt wird.To set a phase shift of 180 ° necessary for the destructive interference, in the example in the amplifier it is realized that the paths of the signals, i.e. for example the respective optical conductors are different by half a wavelength, so that the phase shift of 180 ° is brought about for the interference.

Ein Ausgang 128 des ersten optischen Signalmischers 114 ist mit einem ersten Eingang 132 eines zweiten optischen Signalmischers 134 verbunden.An exit 128 of the first optical signal mixer 114 is with a first entrance 132 a second optical signal mixer 134 connected.

Der zweite optische Eingang 104 ist mit einem zweiten Eingang 136 des zweiten optischen Signalmischers 134 verbunden.The second optical entrance 104 is with a second entrance 136 of the second optical signal mixer 134 connected.

Der zweite optische Signalmischer 134 ist ausgebildet, ein resultierendes optisches Ausgangssignal für einen optischen Signalausgang 142 auszugeben. Die Intensität des zweiten optischen Signals wird vorzugsweise so gewählt oder eingestellt, dass sie gleich der Intensität des ersten optischen Signals ist. Die Phasenverschiebung zwischen dem ersten optischen Signal und dem zweiten optischen Signal wird vorzugsweise so gewählt oder eingestellt, dass die Phasenverschiebung 180° beträgt. Dadurch wird eine vollständige destruktive Interferenz zwischen dem zweiten optischen Signal und dem resultierenden optischen Ausgangssignal erreicht, wenn letzterer nicht bereits selbst durch destruktive Interferenz im ersten optischen Signalmischer 114 ausgelöscht wird.The second optical signal mixer 134 is designed, a resulting optical output signal for an optical signal output 142 to spend. The intensity of the second optical signal is preferably selected or set such that it is equal to the intensity of the first optical signal. The phase shift between the first optical signal and the second optical signal is preferably selected or set so that the phase shift is 180 °. As a result, a complete destructive interference between the second optical signal and the resulting optical output signal is achieved, if the latter is not already itself due to destructive interference in the first optical signal mixer 114 is extinguished.

Die Vorrichtung 100 kann eine Signalquelle umfassen oder im Betrieb mit einer Signalquelle verbunden sein, die ausgebildet ist, das zweite optische Signal konstant auszugeben. Der ersten optische Eingang 102 dient in diesem Fall als Signalinput für das erste optische Signal. In diesem Beispiel wird ein am Signalinput eingehendes Signal negiert. Dadurch wird eine optischen NOT Einheit realisiert.The device 100 may comprise a signal source or, during operation, be connected to a signal source which is designed to output the second optical signal constantly. The first optical entrance 102 in this case serves as the signal input for the first optical signal. In this example, an incoming signal at the signal input is negated. This creates an optical NOT unit.

In diesem Beispiel stellen der optische Splitter 108, der optische Verstärker 120 und der optische Signalmischer 114 einen optischen Inverter dar, dessen Ausgangssignal im zweiten optischen Signalmischer 134 entweder durch destruktive Interferenz mit dem zweiten optischen Signal vollständig ausgelöscht wird, oder nicht.In this example represent the optical splitter 108 , the optical amplifier 120 and the optical signal mixer 114 an optical inverter, whose output signal in the second optical signal mixer 134 is either completely canceled by destructive interference with the second optical signal, or not.

Wie in 1 dargestellt, ist der erste optische Eingang 102 über einen ersten optischen Leiter 144a mit dem optischen Splitter 108 verbunden. Der erste optische Ausgang 110 des optischen Splitters 108 ist über einen zweiten optischen Leiter 146a mit dem ersten Eingang 112 des ersten optischen Signalmischers 114 verbunden. Der zweite optische Ausgang 116 des optischen Splitters 108 ist über einen dritten optischen Leiter 148a mit dem ersten Eingang 118 des optischen Verstärkers 120 verbunden. Der optische Ausgang 124 des optischen Verstärkers 120 ist über einen vierten optischen Leiter 150a mit dem zweiten Eingang 126 des ersten optischen Signalmischers 114 verbunden. Der Ausgang 128 des ersten optischen Signalmischers 114 ist über einen fünften optischen Leiter 152a mit dem ersten Eingang 132 des zweiten optischen Signalmischers 134 verbunden. Der zweite optische Eingang 104 ist über einen sechsten optischen Leiter 154a mit dem zweiten Eingang 136 des zweiten optischen Signalmischers 134 verbunden.As in 1 shown is the first optical input 102 via a first optical conductor 144a with the optical splitter 108 connected. The first optical exit 110 of the optical splitter 108 is via a second optical conductor 146a with the first entrance 112 of the first optical signal mixer 114 connected. The second optical exit 116 of the optical splitter 108 is via a third optical conductor 148a with the first entrance 118 of the optical amplifier 120 connected. The optical exit 124 of the optical amplifier 120 is via a fourth optical conductor 150a with the second entrance 126 of the first optical Signal mixer 114 connected. The exit 128 of the first optical signal mixer 114 is via a fifth optical conductor 152a with the first entrance 132 of the second optical signal mixer 134 connected. The second optical entrance 104 is via a sixth optical conductor 154a with the second entrance 136 of the second optical signal mixer 134 connected.

Im Beispiel umfasst die Vorrichtung eine Energierückgewinnungseinrichtung 200. Diese kann an einem beliebigen Punkt nach dem insbesondere parametrischen Verstärker 120 oder an einem der Signalmischer angeordnet sein.In the example, the device comprises an energy recovery device 200 . This can be done at any point after the particular parametric amplifier 120 or be arranged on one of the signal mixers.

Im Beispiel ist die Energierückgewinnungseinrichtung 200 unmittelbar nach dem Verstärker 120 angeordnet. Im Beispiel ist der Verstärker 120 ein parametrischer Verstärker, dessen restliche Pumpstrahlung von der Energierückgewinnungseinrichtung 120 ausgekoppelt wird. Die Energierückgewinnungseinrichtung 120 umfasst im Beispiel Mittel zur Auskopplung, beispielsweise Prismen, durch die Dispersion ausgenutzt wird.In the example is the energy recovery device 200 immediately after the amplifier 120 arranged. In the example is the amplifier 120 a parametric amplifier, whose remaining pump radiation is from the energy recovery device 120 is decoupled. The energy recovery device 120 includes in the example means for coupling out, for example prisms, through which dispersion is used.

Es kann auch vorgesehen sein, die Energie rückzugewinnen, indem durch einen oder beide Mischer durch Interferenz die Energie umverteilt wird auf Raumwinkel, die nicht mehr der Totalreflexion entsprechen. Dadurch kann Licht austreten und Rückgewonnen werden.Provision can also be made for the energy to be recovered by redistributing the energy through interference by one or both mixers to solid angles which no longer correspond to total reflection. This allows light to escape and be recovered.

Im Falle, dass der Verstärker 120 Pumpstrahlung verwendet, kann rückgewonnenes Licht direkt als Pumpstrahlung verwendet werden.In the event that the amplifier 120 Using pump radiation, recovered light can be used directly as pump radiation.

Der Verstärker 120 umfasst beispielsweise einen nichtlinearen Kristall. Wird dieser mit Pumpstrahlung bestrahlt, kann der Teil des ersten optischen Signals verstärkt werden. Die Pumpstrahlung wird dabei in ein verstärktes Signal mit der Frequenz des ersten optischen Signals und Idler-Licht einer anderen Frequenz umgewandelt. Dadurch erfolgt eine parametrische Verstärkung im optischen Frequenzbereich. Realisiert wird der optisch-parametrische Verstärker z.B. als Single-Pass-Verstärker mit einem nicht-linearen Kristall z.B. Erbium. Durch Dispersion kann die Idler-Frequenz genau wie die Pumpstrahlung vom verstärkten Signal getrennt werden.The amplifier 120 includes, for example, a nonlinear crystal. If this is irradiated with pump radiation, the part of the first optical signal can be amplified. The pump radiation is converted into an amplified signal with the frequency of the first optical signal and idler light of a different frequency. This results in a parametric amplification in the optical frequency range. The optical parametric amplifier is implemented, for example, as a single-pass amplifier with a non-linear crystal, e.g. erbium. The idler frequency, like the pump radiation, can be separated from the amplified signal by dispersion.

2 zeigt schematisch die Vorrichtung 100 zur Verarbeitung optischer Signale gemäß einer zweiten Ausführung. Optische Signale werden beispielsweise durch Licht mit einer Wellenlänge von 1,5µm realisiert. Andere Wellenlängen sind ebenfalls möglich. 2 shows schematically the device 100 for processing optical signals according to a second embodiment. Optical signals are implemented, for example, by light with a wavelength of 1.5 µm. Other wavelengths are also possible.

Die Vorrichtung 100 umfasst einen ersten optischen Eingang 102 für ein erstes optisches Signal mit Licht einer ersten Polarisierung. Die Vorrichtung 100 umfasst einen zweiten optischen Eingang 104 für ein zweites optisches Signal mit Licht einer zweiten von der ersten Polarisierung verschiedenen Polarisierung. Die Vorrichtung 100 umfasst einen dritten optischen Eingang 106. Der zweite optische Eingang 104 ist in einem Aspekt für ein zweites optisches Signal mit Licht der zweiten Polarisierung ausgebildet. Der dritte optische Eingang 106 besitzt ebenfalls die zweite Polarisierung.The device 100 comprises a first optical input 102 for a first optical signal with light of a first polarization. The device 100 includes a second optical input 104 for a second optical signal with light of a second polarization different from the first polarization. The device 100 includes a third optical input 106 . The second optical entrance 104 is designed in one aspect for a second optical signal with light of the second polarization. The third optical entrance 106 also has the second polarization.

Der erste optische Eingang 102 ist mit einem optischen Splitter 108 verbunden. Ein erster optischer Ausgang 110 des optischen Splitters 108 ist mit einem ersten Eingang 112 eines ersten optischen Signalmischers 114 verbunden. Ein zweiter optischer Ausgang 116 des optischen Splitters 108 ist mit einem ersten Eingang 118 eines optischen Verstärkers 120 verbunden. Der dritte optische Eingang 106 ist mit einem zweiten Eingang 122 des optischen Verstärkers 120 verbunden. Der optische Splitter 108 ist im Beispiel ausgebildet, eintreffendes Licht je zur Hälfte an jeden seiner Ausgänge auszugeben.The first optical entrance 102 is with an optical splitter 108 connected. A first optical exit 110 of the optical splitter 108 is with a first entrance 112 a first optical signal mixer 114 connected. A second optical exit 116 of the optical splitter 108 is with a first entrance 118 an optical amplifier 120 connected. The third optical entrance 106 is with a second entrance 122 of the optical amplifier 120 connected. The optical splitter 108 is designed in the example to emit half of the incoming light to each of its outputs.

Der optische Verstärker 120 ist ausgebildet, am ersten Eingang 118 des optischen Verstärkers 120 eintreffendes Licht und am zweiten Eingang 122 des ersten optischen Verstärkers 120 eintreffendes Licht zu verstärken. Der optische Verstärker 120 ist im Beispiel ausgebildet, das eintreffende Licht bezüglich einer Intensität des Lichts insbesondere mittels eines optisch anregbaren Mediums zu verstärken. Dabei konkurriert an den beiden Eingängen eintreffende Licht um die Verstärkungsleistung. Dadurch wird ein bezüglich der Intensität schwaches Signal an einem der Eingänge gegenüber einem bezüglich der Intensität demgegenüber stärkeren Signal an dem anderen der Eingänge im Wesentlichen nicht verstärkt.The optical amplifier 120 is trained at the first entrance 118 of the optical amplifier 120 incoming light and at the second entrance 122 of the first optical amplifier 120 to amplify incoming light. The optical amplifier 120 is designed in the example to amplify the incoming light with respect to an intensity of the light, in particular by means of an optically excitable medium. Light arriving at the two inputs competes for the amplification power. As a result, a signal at one of the inputs that is weak in terms of intensity is essentially not amplified compared to a signal that is stronger in terms of intensity at the other of the inputs.

Das optisch anregbare Medium ist beispielsweise ein insbesondere mit Erbium oder Titan dotierter Kristall. Der optische Verstärker 120 ist ausgebildet, ein aus der Verstärkung resultierendes verstärktes optisches Signal an einem optischen Ausgang 124 des optischen Verstärkers 120 auszugeben. Der durch die Verstärkung dominierende Anteil des resultierenden Signals hat die Polarisierung desjenigen der am Eingang eintreffenden Signale das die höhere Intensität aufweist. Wenn beispielsweise am ersten optischen Eingang 102 und am dritten optischen Eingang 106 zeitgleich ein Eingangssignal derselben Intensität anliegt, wird im Wesentlichen das Licht vom dritten optischen Eingang 106 verstärkt. Das resultierende Signal hat in diesem Fall höhere Intensität bezüglich Lichts mit der zweiten Polarisierung.The optically excitable medium is, for example, a crystal doped in particular with erbium or titanium. The optical amplifier 120 is formed, an amplified optical signal resulting from the amplification at an optical output 124 of the optical amplifier 120 to spend. The part of the resulting signal that dominates due to the amplification has the polarization of that of the signals arriving at the input that has the higher intensity. For example, if at the first optical input 102 and at the third optical input 106 At the same time an input signal of the same intensity is applied, the light from the third optical input is essentially 106 reinforced. The resulting signal in this case has a higher intensity with respect to light with the second polarization.

Der optische Ausgang 124 des optischen Verstärkers 120 ist mit einem zweiten Eingang 126 des ersten optischen Signalmischers 114 verbunden. Die Strahlvereinigung kann zu unterschiedlichen Ausgangssignalen des optischen Verstärkers 120 führen. Wenn der Teil des ersten optischen Signals, der zum optischen Verstärker 120 gelangt, eine höhere Intensität als das zweite optische Signal aufweist, wird im Wesentlichen das erste optische Signal vom optischen Verstärker 120 verstärkt. In diesem Fall vereinigt der erste optische Signalmischer 114 einen am ersten optischen Splitter 108 abgetrennten ersten Teil des ersten optischen Signals mit einem am ersten optischen Splitter 108 abgetrennten und im optischen Verstärker 120 verstärkten zweiten Teil des ersten optischen Signals. Anderenfalls wird im ersten optische Signalmischer 114 der am ersten optischen Splitter 108 abgetrennte erste Teil des ersten optischen Signals mit dem im optischen Verstärker 120 verstärkten zweiten optischen Signal vereinigt.The optical exit 124 of the optical amplifier 120 is with a second entrance 126 of the first optical signal mixer 114 connected. The beam union can too different output signals of the optical amplifier 120 to lead. When the part of the first optical signal going to the optical amplifier 120 has a higher intensity than the second optical signal, essentially the first optical signal from the optical amplifier 120 reinforced. In this case, the first optical signal mixer merges 114 one on the first optical splitter 108 separated first part of the first optical signal with a first optical splitter 108 separated and in the optical amplifier 120 amplified second part of the first optical signal. Otherwise, the first optical signal mixer 114 the one on the first optical splitter 108 separated first part of the first optical signal with that in the optical amplifier 120 amplified second optical signal combined.

Ein Ausgang 128 des ersten optischen Signalmischers 114 ist mit einem ersten Polarisationsfilter 130 verbunden, der für Licht der Polarisation des zweiten optischen Signals undurchlässig ausgebildet ist. Damit werden alle Anteile des zweiten optischen Signals entfernt. Am Ausgang des ersten Polarisationsfilters 130 ist damit durch entsprechende Intensität des zweiten optischen Signals steuerbar, ob das erste optische Signal mit großer Intensität oder demgegenüber geringer Intensität ausgegeben wird.An exit 128 of the first optical signal mixer 114 is with a first polarizing filter 130 connected, which is formed opaque to light of the polarization of the second optical signal. This removes all components of the second optical signal. At the output of the first polarization filter 130 can thus be controlled by the corresponding intensity of the second optical signal, whether the first optical signal is output with high intensity or, in contrast, low intensity.

Der erste Polarisationsfilter 130 ist mit einem ersten Eingang 132 eines zweiten optischen Signalmischers 134 verbunden.The first polarizing filter 130 is with a first entrance 132 a second optical signal mixer 134 connected.

Der zweite optische Signalmischer 134 ist ausgebildet, am ersten Eingang 132 des zweiten optischen Signalmischers 134 eintreffendes Licht und am zweiten Eingang 136 des zweiten optischen Signalmischers 134 eintreffendes Licht bezüglich einer Intensität des Lichts zu verstärken. Diese Verstärkung erfolgt wie zuvor für den ersten optischen Signalmischer 114 beschrieben beispielsweise mittels des gleichen optisch anregbaren Mediums.The second optical signal mixer 134 is trained at the first entrance 132 of the second optical signal mixer 134 incoming light and at the second entrance 136 of the second optical signal mixer 134 to amplify incoming light with respect to an intensity of the light. This amplification takes place as before for the first optical signal mixer 114 described for example by means of the same optically stimulable medium.

Der zweite optische Signalmischer 134 ist ausgebildet, an einem optischen Ausgang 138 des zweiten optischen Signalmischers 134 ein daraus resultierendes optisches Ausgangssignal auszugeben. Der zweite optische Signalmischer 134 ist ausgebildet, das daraus resultierendes optisches Ausgangssignal an einen zweiten Polarisationsfilter 140 für einen optischen Signalausgang 142 auszugeben. Der zweite Polarisationsfilter 140 ist für Licht der Polarisation des dritten optischen Signals undurchlässig ausgebildet.The second optical signal mixer 134 is formed at an optical output 138 of the second optical signal mixer 134 output a resulting optical output signal. The second optical signal mixer 134 is designed, the resulting optical output signal to a second polarization filter 140 for an optical signal output 142 to spend. The second polarizing filter 140 is made opaque to light of the polarization of the third optical signal.

Der optische Signalausgang ist abhängig vom zweiten optischen Eingang 104 und abhängig vom Ausgangssignal des ersten Polarisationsfilters 130 einstellbar. Wenn das Ausgangssignal des ersten Polarisationsfilters 130 eine höhere Intensität als das dritte optische Signal aufweist, wird der optische Signalausgang durch dieses Ausgangssignal definiert. Wenn das Ausgangssignal des ersten Polarisationsfilters 130 eine geringere Intensität als das dritte optische Signal aufweist, tritt am optischen Signalausgang kein Licht aus, da der zweite Polarisationsfilter 140 für das verstärkte dritte optische Signal undurchlässig ist.The optical signal output depends on the second optical input 104 and depending on the output signal of the first polarization filter 130 adjustable. When the output of the first polarizing filter 130 has a higher intensity than the third optical signal, the optical signal output is defined by this output signal. When the output of the first polarizing filter 130 has a lower intensity than the third optical signal, no light emerges at the optical signal output because the second polarization filter 140 is opaque to the amplified third optical signal.

Damit wird eine rein optische logische NOT Einheit realisiert.This creates a purely optical, logical NOT unit.

Wie in 2 dargestellt, ist der erste optische Eingang 102 über einen ersten optischen Leiter 144b mit dem optischen Splitter 108 verbunden. Der erste optische Ausgang 110 des optischen Splitters 108 ist über einen zweiten optischen Leiter 146b mit dem ersten Eingang 112 des ersten optischen Signalmischers 114 verbunden. Der zweite optische Ausgang 116 des optischen Splitters 108 ist über einen dritten optischen Leiter 148b mit dem ersten Eingang 118 des optischen Verstärkers 120 verbunden. Der dritte optische Eingang 106 ist über einen vierten optischen Leiter 150b mit dem zweiten Eingang 122 des optischen Verstärkers 120 verbunden. Der optische Ausgang 124 des optischen Verstärkers 120 ist über einen fünften optischen Leiter 152b mit dem zweiten Eingang 126 des ersten optischen Signalmischers 114 verbunden. Der Ausgang 128 des ersten optischen Signalmischers 114 ist über einen sechsten optischen Leiter 154b mit dem ersten Polarisationsfilter 130 verbunden. Der erste Polarisationsfilter 130 ist über einen siebten optischen Leiter 156b mit dem ersten Eingang 132 des zweiten optischen Signalmischers 134 verbunden. Der zweite optische Eingang 104 ist über einen achten optischen Leiter 158b mit dem zweiten Eingang 136 des zweiten optischen Signalmischers 134 verbunden. Der optische Ausgang 138 des zweiten optischen Signalmischers 134 ist über einen neunten optischen Leiter 160b mit dem zweiten Polarisationsfilter 140 verbunden.As in 2 shown is the first optical input 102 via a first optical conductor 144b with the optical splitter 108 connected. The first optical exit 110 of the optical splitter 108 is via a second optical conductor 146b with the first entrance 112 of the first optical signal mixer 114 connected. The second optical exit 116 of the optical splitter 108 is via a third optical conductor 148b with the first entrance 118 of the optical amplifier 120 connected. The third optical entrance 106 is via a fourth optical conductor 150b with the second entrance 122 of the optical amplifier 120 connected. The optical exit 124 of the optical amplifier 120 is via a fifth optical conductor 152b with the second entrance 126 of the first optical signal mixer 114 connected. The exit 128 of the first optical signal mixer 114 is via a sixth optical conductor 154b with the first polarizing filter 130 connected. The first polarizing filter 130 is via a seventh optical conductor 156b with the first entrance 132 of the second optical signal mixer 134 connected. The second optical entrance 104 is via an eighth optical conductor 158b with the second entrance 136 of the second optical signal mixer 134 connected. The optical exit 138 of the second optical signal mixer 134 is via a ninth optical conductor 160b with the second polarization filter 140 connected.

Diese Vorrichtung 100 ist in einem Aspekt ohne weiteres einsetzbar, wenn bereits entsprechend polarisiertes Licht verwendet wird. Dazu können entsprechende Lichtquellen vorgesehen sein, die entfernt von der Vorrichtung 100 angeordnet und über optische Leiter mit dieser verbunden sind.This device 100 can easily be used in one aspect if correspondingly polarized light is already used. For this purpose, appropriate light sources can be provided which are remote from the device 100 arranged and connected to this via optical conductors.

In 2 ist ein anderer Aspekt dargestellt, gemäß dem am ersten optischen Eingang 102 ein dritter Polarisationsfilter 162 angeordnet ist. Der dritte Polarisationsfilter 162 ist nur für Licht der ersten Polarisation durchlässig ausgebildet. Gemäß diesem Aspekt ist am dritten optischen Eingang 106 ein vierter Polarisationsfilter 164 angeordnet, wobei der vierte Polarisationsfilter 164 nur für Licht der zweiten Polarisation durchlässig ausgebildet ist. Gemäß diesem Aspekt ist auch am zweiten optischen Eingang 104 ein fünfter Polarisationsfilter 166 angeordnet, wobei der fünfte Polarisationsfilter 166 nur für Licht der zweiten Polarisation oder nur für Licht der dritten Polarisation durchlässig ausgebildet ist. Es können auch nur der erste und der zweite, nur der zweite und der dritte oder nur der erste und der dritte Polarisationsfilter vorgesehen sein.In 2 Another aspect is shown, according to that at the first optical input 102 a third polarizing filter 162 is arranged. The third polarizing filter 162 is designed to be transparent only to light of the first polarization. According to this aspect is at the third optical input 106 a fourth polarizing filter 164 arranged, the fourth polarization filter 164 is designed to be transparent only to light of the second polarization. According to this aspect is also at the second optical input 104 a fifth polarizing filter 166 arranged, the fifth polarization filter 166 is designed to be transparent only for light of the second polarization or only for light of the third polarization. Only the first and the second, only the second and the third or only the first and the third polarization filter can also be provided.

In einem Aspekt schneiden sich die Polarisationsebenen der ersten Polarisation und der zweiten Polarisation in einem Winkel von 90°.In one aspect, the planes of polarization of the first polarization and the second polarization intersect at an angle of 90 °.

Die Vorrichtung 100 kann zudem, wie in 3 dargestellt, einen dritten optischen Signalmischer 168 umfassen, der ausgebildet ist, Licht aus mehreren optischen Leitern 170 zur Erzeugung des ersten optischen Signals zu kombinieren. Die übrigen Elemente der in 3 dargestellten Vorrichtung 100 sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und weisen die gleiche Funktion wie zuvor beschrieben auf. Dadurch wird eine boolesche NOR Funktion realisiert.The device 100 can also, as in 3 shown, a third optical signal mixer 168 comprise, which is formed, light from a plurality of optical guides 170 to combine to generate the first optical signal. The remaining elements of the in 3 device shown 100 are denoted by the same reference symbols and have the same function as described above. This realizes a Boolean NOR function.

In einem weiteren Aspekt kann ein weiterer optischer Signalmischer vorgesehen sein, der ausgebildet ist Licht aus mehreren optischen Leitern 170 zur Erzeugung des zweiten optischen Signals zu kombinieren, oder der ausgebildet ist Licht aus mehreren optischen Leitern 170 zur Erzeugung des dritten optischen Signals zu kombinieren. Dieser kann als Teil der Vorrichtung angeordnet sein.In a further aspect, a further optical signal mixer can be provided which is formed by light from a plurality of optical conductors 170 to combine to generate the second optical signal, or which is formed light from a plurality of optical guides 170 to combine to generate the third optical signal. This can be arranged as part of the device.

In der in 3 dargestellten Anordnung ist der dritte optische Signalmischer 168 über den dritten Polarisationsfilter 162 mit dem Splitter 108 verbunden. Der dritte optische Signalmischer 168 kann über den vierten Polarisationsfilter 124 mit dem optischen Verstärker 120 verbunden sein. Der dritte optische Signalmischer 168 kann über den fünften Polarisationsfilter 162 mit dem zweiten optischen Signalmischer 134 verbunden sein.In the in 3 The arrangement shown is the third optical signal mixer 168 via the third polarization filter 162 with the splinter 108 connected. The third optical signal mixer 168 can use the fourth polarization filter 124 with the optical amplifier 120 be connected. The third optical signal mixer 168 can use the fifth polarization filter 162 with the second optical signal mixer 134 be connected.

Die Vorrichtung kann auch wie in 4 dargestellt mehrere der zuvor beschriebenen Vorrichtungen 100 und einen dritten optischen Signalmischer 172 umfassen. Der dritte optische Signalmischer ist ausgebildet, Licht aus mehreren Vorrichtungen 100, d.h. aus mehreren optischen Signalausgängen 142, zur Erzeugung des auszugebenden optischen Signals zu kombinieren. Dadurch wird eine boolesche NAND Funktion realisiert.The device can also as in 4th illustrated several of the devices previously described 100 and a third optical signal mixer 172 include. The third optical signal mixer is designed to receive light from several devices 100 , ie from several optical signal outputs 142 to combine to generate the optical signal to be output. This realizes a Boolean NAND function.

Die Vorrichtung 100 kann, wie in 5 dargestellt, mit einem Eingang 174 eines weiteren optischen Splitters 176 mit einer Mehrzahl Ausgängen 178 verbunden sein.The device 100 can, as in 5 shown, with an entrance 174 another optical splitter 176 with a plurality of outputs 178 be connected.

In 6 ist eine Recheneinrichtung 500 dargestellt. Die Recheneinrichtung weist eine Vielzahl der Vorrichtungen 100 und eine Steuereinrichtung 502 auf. Die Steuereinrichtung 502 ist dazu ausgebildet die optischen Eingänge 504 der Vorrichtungen 100 zur Ausführung wenigstens einer Rechenoperation anzusteuern. Durch getaktetes oder synchronisiertes Ansteuern ist die Berechnung eines Rechenergebnisses 506 abhängig von wenigstens einem Eingangssignal möglich. Ansteuern bezieht sich hierbei beispielsweise auf das ein und ausschalten einer jeweiligen Lichtquelle oder das öffnen oder schließen einer zusätzlich angeordneten und nicht in den Figuren dargestellten Blende beziehen.In 6th is a computing device 500 shown. The computing device has a plurality of the devices 100 and a control device 502 on. The control device 502 is designed for the optical inputs 504 of the devices 100 to control at least one arithmetic operation. The calculation of a calculation result is possible through clocked or synchronized control 506 possible depending on at least one input signal. In this context, activation refers, for example, to the switching on and off of a respective light source or the opening or closing of an additionally arranged diaphragm which is not shown in the figures.

7 stellt schematisch eine Vorrichtung zur Verarbeitung optischer Signale gemäß einer vierten Ausführung dar. Durch diese wird eine boolesche XOR Funktion realisiert. In dieser vierten Ausführung sind zwei der in 1 beschriebenen Vorrichtungen 100 vorgesehen, die dadurch modifiziert wurden, dass sie einen gemeinsamen zweiten optischen Signalmischer 134 aufweisen und jeweils ihr zweiter optischer Eingang 104 durch den sechsten optischen Leiter 154a der jeweils anderen der Vorrichtungen 100 ersetzt ist. Der sechste optische Leiter 154a einer ersten der Vorrichtungen ist am ersten Eingang 132 des gemeinsamen zweiten optischen Signalmischer 134 angeordnet. Der sechste optische Leiter 154a einer zweiten der Vorrichtungen ist am zweiten Eingang 136 des gemeinsamen zweiten optischen Signalmischers 134 angeordnet. Die übrigen Elemente sind wie für 1 beschrieben ausgebildet. 7th shows schematically a device for processing optical signals according to a fourth embodiment. This realizes a Boolean XOR function. In this fourth embodiment, two of the in 1 described devices 100 provided, which have been modified by the fact that they have a common second optical signal mixer 134 each have their second optical input 104 through the sixth optical guide 154a the other of the devices 100 is replaced. The sixth optical guide 154a a first of the devices is at the first input 132 of the common second optical signal mixer 134 arranged. The sixth optical guide 154a a second of the devices is at the second input 136 of the common second optical signal mixer 134 arranged. The remaining elements are as for 1 described trained.

Ein Verfahren zum Ansteuern einer Vielzahl derartiger Vorrichtungen 100 ist in 8 dargestellt.A method for controlling a plurality of such devices 100 is in 8th shown.

Nach dem Start wird in einem Schritt 802 wenigstens einer der optischen Eingänge zur Ausführung wenigstens einer Rechenoperation getaktet oder synchronisiert angesteuert.After starting it is done in one step 802 at least one of the optical inputs for the execution of at least one arithmetic operation controlled in a clocked or synchronized manner.

Anschließend wird in einem Schritt 804 wenigstens ein optisches Ausgangssignal zur Berechnung 804 eines Rechenergebnisses 806 abhängig von wenigstens einem der Eingangssignale ausgegeben.Then in one step 804 at least one optical output signal for calculation 804 of a calculation result 806 output depending on at least one of the input signals.

Die erwähnten optischen Leiter sind beispielsweise als Lichtwellenleiter oder integriert mit den erwähnten anderen optischen Elementen realisiert.The optical guides mentioned are implemented, for example, as optical waveguides or integrated with the other optical elements mentioned.

Claims

Device (100) for processing optical signals, characterized in that the device (100) has a first optical input (102) for a first optical signal and a second optical input (104) for a second optical signal wherein the device (100) comprises an optical splitter (108) which is designed to split the first optical signal into several parts, wherein the device (100) comprises an amplifier (120) which is designed as a function of one of the parts output an amplified optical signal, wherein the device (100) comprises a first optical signal mixer (114) which is designed to output an optically interfered signal as a function of the amplified optical signal and as a function of another of the parts, the device having a second optical signal mixer (134) which is designed to output a resulting optical output signal for an optical signal output (142) of the device (100) as a function of the optically interfered signal and as a function of the second optical signal.

Device (100) after Claim 1 , characterized in that a first optical output (110) of the optical splitter (108) is connected to a first input (112) of the first optical signal mixer (114), a second optical output (116) of the optical splitter (108) with a first input (118) of the optical amplifier (120), the optical amplifier (120) being designed to amplify incoming light at the first input (118) of the optical amplifier (120), in particular parametrically with respect to an intensity of the light, and a output the amplified optical signal resulting therefrom at an optical output (124) of the optical amplifier (120), the optical output (124) of the optical amplifier (120) being connected to a second input (126) of the first optical signal mixer (114), wherein the first optical signal mixer (114) for destructive interference of light at the first input (112) and light at the second input (126) of the first optical signal nalmischers (114), wherein an output (128) of the first optical signal mixer (114) is connected to a first input (132) of the second optical signal mixer (134), the second optical input (104) having a second input ( 136) of the second optical signal mixer (134), the second optical signal mixer (134) being designed to output a resulting optical output signal for an optical signal output (142) through destructive interference.

Device according to Claim 2 , characterized in that the device (100) comprises an energy recovery device (200) which is designed to extract energy from the amplified optical signal or the resulting optical output signal and to use it to generate pump radiation for the amplifier (120).

Device (100) after Claim 1 , characterized in that the device (100) has the first optical input (102) for a first optical signal with light of a first polarization, the second optical input (104) for a second optical signal with light of a second polarization different from the first polarization and a third optical input (106) for a third optical signal with light of the second polarization, a first optical output (110) of the optical splitter (108) being connected to a first input (112) of a first optical signal mixer (114) , wherein a second optical output (116) of the optical splitter (108) is connected to a first input (118) of the optical amplifier (120), the second optical input (104) to a second input (122) of the optical amplifier ( 120) is connected, wherein the optical amplifier (120) is formed, light arriving at the first input (118) of the first optical amplifier (120) and a m the second input (122) of the optical amplifier (120) to amplify incoming light with respect to an intensity of the light, in particular by means of an optically excitable medium and to output an amplified optical signal resulting therefrom at an optical output (124) of the optical amplifier (120), wherein the optical output (124) of the optical amplifier (120) is connected to a second input (126) of the first optical signal mixer (114), an output (128) of the first optical signal mixer (114) being connected to a first polarization filter (130) which is made opaque to light of the polarization of the second optical signal, the first polarization filter (130) being connected to a first input (132) of the second optical signal mixer (134), the second optical input (104) being connected to a second Input (136) of the second optical signal mixer (134) is connected, the second optical signal mixer (134) out forms is to amplify light arriving at the first input (132) of the second optical signal mixer (134) and light arriving at the second input (136) of the second optical signal mixer (134) with respect to an intensity of the light, in particular by means of an optically excitable medium and at a optical output (138) of the second optical signal mixer (134) to output an optical output signal resulting therefrom to a second polarization filter (140) for an optical signal output (142), the second polarization filter (140) being impermeable to light of the polarization of the third optical signal is.

Device (100) after Claim 4 , characterized in that a third polarization filter (162) is arranged at the first optical input (102), the third polarization filter (162) being designed to be transparent only to light of the first polarization.

Device (100) according to one of the Claims 4 or 5 , characterized in that a fourth polarization filter (164) is arranged at the second optical input (104), the fourth polarization filter (164) being designed to be transparent only to light of the second polarization.

Device (100) according to one of the Claims 4 to 6th , characterized in that a fifth polarization filter (166) is arranged at the third optical input (106), the fifth polarization filter (166) being designed to be transparent only for light of the second polarization or only for light of the third polarization.

Device (100) according to one of the Claims 4 to 7th , characterized in that the planes of polarization of the first polarization and the second polarization intersect at an angle of 90 °.

Device (100) according to one of the Claims 4 to 8th , characterized in that the planes of polarization of the first polarization and the third polarization intersect at an angle of 90 °.

Device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the device comprises at least one further optical signal mixer (168) which is designed to combine light from several optical conductors (170) to generate the first optical signal, and / or which is designed to combine light from a plurality of optical conductors (170) to generate the second optical signal, and / or which is designed to combine light from a plurality of optical conductors (170) to generate the third optical signal.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device comprises a further optical signal mixer (172) which is designed to combine light from several devices (100) to generate an optical signal to be output.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device (100) is connected to an input (174) of a further optical splitter (176) with a plurality of outputs (178).

Computing device (500), characterized in that the computing device has a plurality of devices (100) according to one of the preceding claims and a control device (502), the control device (502) for clocked or synchronized control of optical inputs (504) of the devices (100) ) is designed to carry out at least one arithmetic operation, in particular to calculate a calculation result (506) as a function of at least one input signal.

Method for controlling a plurality of devices (100) according to one of the Claims 1 to 12th , characterized in that at least one of the optical inputs for executing at least one arithmetic operation for calculating (604) a calculation result (506) is controlled (602) in a clocked or synchronized manner depending on at least one of the input signals.